Ponorky na baterky dramaticky mění poměr sil v oceánech

Když v češtině o něčem řekneme, že je to „na baterky“, obvykle to neznamená pochvalu. Je to synonymum pro věc nespolehlivou, s krátkou životností, zkrátka hračku, která nevydrží skutečnou zátěž.

Ve světě námořních podvodních strojů tato jazyková hříčka platila desítky let doslova. Diesel-elektrické ponorky byly proti svým jaderným protějškům považovány za „chudé“ a méně výkonné příbuzné. To se však právě teď radikálně mění.

Francouzská zbrojovka Naval Group nedávno předložila indonéskému námořnictvu nabídku, která by ještě před deseti lety zněla jako sci-fi nebo rovnou marketingový blud. Jejich nový model ponorky Scorpène Evolved má být schopný zůstat pod hladinou v plném operačním nasazení 78 dní.

Pro kontext: Běžná hlídková plavba amerických jaderných ponorek, které jsou považovány za technologický vrchol v oceánech, trvá obvykle 60 až 90 dní. Limitujícím faktorem u nich totiž není palivo v reaktoru (to by vystačilo na mnohem delší dobu), ale psychická odolnost posádky a zásoby jídla. Pokud konvenční ponorka dokáže vydržet pod vodou bezmála tři měsíce, faktická propast mezi jadernými a konvenčními stroji se v jedné z klíčových disciplín uzavírá.

Nejde jen o francouzský marketing. Japonsko, Jižní Korea, Německo i Čína masivně investují do technologie, kterou známe spíše z našich kapes a garáží – do lithiových baterií.

Klasická konvenční ponorka funguje na principu hybridního pohonu. Pod hladinou ji pohání elektromotor čerpající energii z baterií. Jakmile se baterie vybijí, musí se ponorka vynořit – nebo alespoň vystrčit trubici sání vzduchu, takzvaný šnorchl – a nahodit hlučné dieselové generátory, aby akumulátory dobila.

Ponorka na šnorchlu je zranitelná. Dieselové motory dělají hluk, který se šíří vodou na desítky kilometrů. Výfukové plyny zanechávají tepelnou stopu viditelnou pro infračervené senzory a samotný šnorchl, byť malý, dokáží moderní radary letadel odhalit i v rozbouřeném moři.

Starší olovo-kyselinové baterie, které známe z klasických automobilů, byly těžké a měly malou kapacitu. Ponorka na nich vydržela plout pod hladinou v řádu desítek hodin, při vyšší rychlosti se vybila mnohem dříve. Musela tedy „dýchat“ často, někdy i každý den.

Určitým mezikrokem se na přelomu tisíciletí staly systémy nezávislé na vzduchu (AIP – Air Independent Propulsion). Šlo o přídavné motory, například Stirlingovy motory spalující kapalný kyslík, nebo palivové články. Ty umožnily ponorkám plížit se pod hladinou dva až tři týdny bez vynoření.

Mělo to ale háček: AIP systémy mají velmi malý výkon. Ponorka se s nimi může pohybovat jen velmi pomalu, v podstatě rychlostí vyšších jednotek kilometrů za hodinu (kolem 4–5 uzlů, tj. od 7-9 km/h). Pokud by potřebovala zrychlit – například aby zaútočila nebo unikla pronásledování –, musela by přepnout na baterie, které by „vyždímala“ během chvíle. Byla to tedy technologie vhodná jen pro trpělivé číhání na cíl, nikoli pro dynamický boj.

Přesto i tento mezikrok byl významný. V roce 2005 si americké námořnictvo pronajalo švédskou ponorku Gotland vybavenou systémem AIP, aby v cvičeních hrála roli nepřítele. Výsledek byl pro Američany vystřízlivěním: malá, levná a tichá švédská ponorka opakovaně pronikla obranou letadlové lodi USS Ronald Reagan a virtuálně ji „potopila“. A nešlo o jediný podobný případ během námořních cvičení.

Skutečná revoluce však přichází až nyní s nástupem lithia. Průkopníkem je Japonsko, tedy země, kde na začátku 90. let vstoupila na trh první komerční lithium-iontová baterie. Nyní japonské námořní „síly sebeobrany“ jako první na světě nasadily tuto technologii v plném měřítku pod hladinu.

V březnu 2020 vstoupila do služby ponorka Órjú, první plavidlo, které se zcela zbavilo olověných baterií. Následovala ji třída Taigei, která je od kýlu konstruována výhradně pro lithiové akumulátory. Japonští inženýři udělali odvážné rozhodnutí: do těchto lodí nenamontovali žádný složitý AIP systém. Místo toho celý ušetřený prostor vyplnili obřími sadami lithiových článků.

Analytické odhady hovoří o tom, že baterie na palubě Taigei mají kapacitu kolem 70 až 83 megawatthodin (MWh). Pro srovnání, špičkový elektromobil má baterii o kapacitě kolem 0,07-0,08 MWh. Ponorka tedy nese energii ekvivalentní zhruba tisíci elektromobilů.

Tato změna přináší dvě zásadní taktické výhody. První je rychlost nabíjení. Lithiové baterie lze nabíjet násobně vyššími proudy než olovo. To znamená, že pokud už se ponorka musí vynořit k „nádechu“, stačí jí k tomu výrazně méně času. Místo hodin na hladině stačí desítky minut.

Druhou, a možná důležitější výhodou je schopnost sprintu. Starší ponorky, i ty s AIP, se musely pod hladinou pohybovat pomalu. Lithiové baterie ale dokáží dodávat obrovský okamžitý výkon. Ponorka třídy Taigei se může tiše plížit týdny, ale v případě potřeby dokáže zrychlit na více než 20 uzlů (těsně pod 40 km/h) a tuto rychlost udržet dostatečně dlouho na to, aby buď zaujala útočnou pozici, nebo unikla z dosahu nepřátelského torpéda. To je schopnost, kterou dosud měly prakticky výhradně jen ponorky jaderné.

Zatímco jaderná ponorka je hlučná z principu (čerpadla chladícího okruhu reaktoru musí běžet neustále), ponorka na baterie může v hloubce vypnout úplně všechno na celé týdny. V kombinaci se zvýšenou výdrží vzniká zbraňový systém, který za výrazně nižší cenu – řádově stovky milionů dolarů oproti jednotkám miliard za jadernou ponorku – dokáže v lokálním konfliktu jaderného obra ohrozit, ne-li vyšachovat.

Japonsko v tom není samo. Jižní Korea jde cestou hybridního extrému: její nová třída KSS-III Batch 2 kombinuje to nejlepší z obou světů. Má na palubě jak AIP pro pomalé, týdny trvající „plížení“ pod hladinou, tak lithiové baterie pro bojové sprinty. Výrobce Hanwha Defense tvrdí, že tyto lodě vydrží pod hladinou více než 20 dní v bojovém režimu, což z nich činí jedny z nejnebezpečnějších konvenčních ponorek na světě.

Svět pod hladinou se tak rozděluje na dvě kategorie: ty, kteří si mohou dovolit nekonečnou vytrvalost jaderného pohonu, a ty, kteří díky pokroku v chemii baterií získávají 80 % jeho schopností za zhruba 20-30 % ceny. A do této rovnice brzy vstoupí další hráč: Čína.

Země, která disponuje největší flotilou konvenčních ponorek na světě, tento trend nejen následuje, ale přizpůsobuje si ho vlastním průmyslovým silným stránkám. Peking v tomto případě těží z dominantního postavení na trhu s bateriemi pro elektromobily. Čínští inženýři podle dostupných analýz sázejí u nových verzí ponorek třídy Jüan na technologii LFP (lithium-železo-fosfát).

Tato chemie má sice o něco nižší energetickou hustotu než články používané v Japonsku, ale vyniká vyšší tepelnou stabilitou. Riziko požáru, které je v uzavřeném trupu ponorky fatální hrozbou, je u nich výrazně nižší. Je to pragmatická volba: raději o něco kratší dojezd, ale vyšší bezpečnost posádky a lodi.

Ještě zajímavější je však čínský experiment s hybridním pohonem, který hranici mezi konvenční a jadernou ponorkou rozmazává úplně. U vyvíjeného typu 041 se hovoří o instalaci miniaturního jaderného reaktoru. Ten však nebude pohánět lodní šroub přímo, jako je tomu u klasických atomových ponorek. Jeho úkolem bude pouze dobíjet baterie.

Tento systém funguje jako jakási „jaderná powerbanka“. Reaktor může být velmi malý, s tepelným výkonem okolo 10 megawattů, a tedy i tichý. Odstraňuje nutnost vynořovat se kvůli sání vzduchu, a přitom se vyhýbá složitosti a hlučnosti velkých tlakovodních reaktorů. Pokud se toto řešení osvědčí, vznikne kategorie plavidel s teoreticky neomezenou výdrží pod hladinou, která bude výrazně levnější a tišší než dnešní jaderné standardy.

Pozadu nezůstává ani Evropa, i když zde je nástup opatrnější. Německý koncern TKMS, tradiční exportní lídr v oblasti ponorek, začal testovat lithiové baterie na svých lodích a integruje je do budoucího typu 212CD pro norské a německé námořnictvo.

Itálie u svých nových ponorek U212 NFS (Near Future Submarine) označuje přechod na lithium za „game changer“, a plánuje dokonce zpětnou montáž těchto baterií do starších plavidel v rámci modernizace. Evropské loděnice si uvědomují, že bez této technologie by na globálním trhu přestaly být konkurenceschopné.

Výhled na další dekádu naznačuje, že současné lithiové baterie jsou jen začátkem. Automobilový průmysl masivně investuje do vývoje baterií s pevným elektrolytem. Firmy, jako Toyota či Panasonic, plánují spuštění masové výroby do konce dekády. Tyto akumulátory slibují dvojnásobnou energetickou hustotu oproti dnešním nejlepším článkům a téměř nulové riziko vznícení.

Aplikace v ponorkách by mohla prodloužit dobu plavby pod hladinou na 40 až 60 dní při zachování stejných rozměrů plavidla. V tu chvíli se dostáváme do situace, kdy jediným limitem mise zůstávají zásoby potravin pro posádku, nikoliv energie.

Změna, kterou sledujeme, má i širší společenský a ekonomický rozměr. Jde o ukázkový příklad takzvané inverzní difúze technologií. Ve 20. století bylo běžné, že přelomové technologie vznikaly v armádních laboratořích a teprve po letech se dostaly do civilního sektoru – příkladem může být internet, GPS nebo tryskový motor.

Dnes je směr opačný. Hnací silou inovací v ukládání energie není zbrojní průmysl, ale v tomto případě především civilní poptávka po elektromobilech a spotřební elektronice. Armády světa tentokrát pouze adaptují technologie vyvinuté pro civilní trh a zaplacené komerční sférou. Ponorky se stávají tiššími a vydrží déle pod vodou díky tomu, že se světová ekonomika snaží dekarbonizovat dopravu a zvýšit dojezd osobních aut.

Tato „elektrifikace všeho“ vede k demokratizaci strategických schopností, jež dříve nabízely jen ponorky na jaderný pohon. Schopnost operovat týdny a měsíce skrytě pod hladinou oceánu byla tedy výsadou klubu několika málo jaderných mocností. Vyžadovala obrovské investice, jaderný průmysl a specifické know-how.

Ne, že by světové oceány v dohledné době zaplavily stovky nových podvodních válečných strojů. Díky nové technologii si ovšem menší země získávají nástroj, jímž mohou efektivně odepřít přístup do svých vod i mnohem silnějšímu protivníkovi.

Technologická převaha velmocí se sice neztrácí úplně, ale její cena roste. Naopak „vstupné“ do podvodního světa díky bateriím zlevňuje a brzy se tak mohou zapojit ve větší míře i země, které zatím stály víceméně stranou. Pokrok v jedné oblasti nevyhnutelně přepisuje pravidla i v jiných oborech.